柴油机电控系统检修（新） 1.1.1 柴油机油气混合及燃烧电控基本理论 1.1.1柴油机油气混合及燃烧电控基本理论.docx

项目1 柴油机电控系统认知 任务1柴油机电控系统基本组成及工作原理 柴油机油气混合及燃烧电控基本理论 （一）柴油机可燃混合气在燃烧室内的燃烧过程 根据柴油机燃烧过程进展的实际特征，燃烧分为以下四个阶段： （1）备燃期 图1-1 柴油机燃烧过程Ⅰ-备燃期 Ⅱ速燃期 Ⅲ-缓燃期 Ⅳ-后燃期 图1-1 柴油机燃烧过程 Ⅰ-备燃期 Ⅱ速燃期 Ⅲ-缓燃期 Ⅳ-后燃期 这个时期主要进行柴油着火前的物理、化学准备过程，喷入的雾化柴油从汽缸内600℃左右的高温空气中吸收能量，逐渐雾化、吸热、扩散、蒸发、氧化、分解；同时，燃料不断喷入，约占循环喷油量的40～50%。 备燃期时间虽短（约0.0007～0.003s），但对整个燃烧过程影响很大。若备燃期长，则喷出的油量多，导致速燃期压力急剧升高，柴油机工作粗暴；但备燃期过短，又会导致可燃混合气形成困难，柴油机动力经济性能恶化。 （2）速燃期 速燃期指从柴油开始着火（B点）到气缸内最高压力点（C点）的时期（如图1-1中的Ⅱ）。速燃期燃料燃烧非常迅速，而且是在活塞靠近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸压力和温度急剧增加，是对外作功的关键时期；在这个时期，燃料继续喷入，燃烧条件变差，所以要控制该时期的喷油量和加强气缸内气体的流动，促进油气混合。 缓燃期 缓燃期指从最高压力点（C点）到最高温度点（D点）的时期（如图1-1中的Ⅲ）。缓燃期由于活塞下行，气缸容积变大，氧气变少，废气增多，所以混合气燃烧速度减缓，气缸内压力增加不显著，而温度却继续上升；若此时喷油还在继续，由于燃烧恶化，燃料易裂解成黑烟排出。 后燃期 后燃期指从缓燃期终点（D点）到燃料基本燃烧完为止（E点）的时期（如图1-1中的Ⅳ）。 由于柴油机燃烧时间短促，燃料和空气混合又不均匀，因此气缸内有未燃的油料拖到后燃期里继续燃烧，由于燃烧条件恶化，使燃烧不完全，排气冒黑烟，放出的热无法作功而传给冷却水，使发动机过热，经济性下降，所以应尽量减少后燃，并加强这个时期气缸内气体流动。 （二）柴油机理想燃烧状况及改善措施 现代柴油机是以降低NOx和颗粒排放、降低噪声和降低油耗为目标的。然而影响和制约它们的因素太多，而且相互关系复杂，往往互相矛盾。而这些问题的处理通常归结为在一定约束条件下，使影响目标函数中各变量的参数最优化。例如，当目标函数为燃油消耗率时，就需对各种工况下的循环喷油量、喷油正时、喷油速率、喷油压力、进气涡流、配气正时及涡轮喷嘴截面积等参数进行调节。而当柴油机工况改变或干扰进入时，就成为一个更复杂的动态最优化控制问题。 曲轴转角/（°）图1-2 为抑制 曲轴转角/（°） 图1-2 为抑制NOx 排放和降低颗粒排放 所希望的燃烧放热率 再如，为适应日益严格的排放法规，必须在抑制NOx排放的同时降低颗粒排放。由图1-2可以看出，从燃烧放热率的角度出发，为减少NOx的排放量．必须抑制预混合燃烧；而为了降低颗粒排放量，则必须促进扩散燃烧。为达到图1-3所示的由虚线所描述的放热率的变化规律，抑制预混合燃烧和促进扩散燃烧，所能采取的措施如图1-3所示。喷油速率和与之相关的喷油规律得到合理控制后，更可以同时改善噪声、排放和燃油消耗率。例如采用预喷射后，不仅可在不增加NOx排放的情况下降低颗粒排放，而且还可改善低速扭矩和降低噪声。但预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔在不同工况下的要求是不一样的，这就要求有可变的预喷射控制能力。 图1-3 为抑制预混合燃烧和促进扩散燃烧所能采取的措施提高喷油压力能使燃油流出的初速度加大，提高雾化质量，明显改善燃油和空气的混合，加快燃烧速度，不仅有利于提高发动机低转速时的扭矩，而且可使HC、CO和颗粒排放降低。同时，喷油压力提高后可以缩短燃烧延迟期，如采用减少先期着火时的喷油量，再结合喷油正时的推迟，就可显著降低NOx的排放。为满足日益严格的排放法规要求，喷油压力已提升到200MPa以上。因此，独立于转速与负荷之外的对喷油压力的精确控制是十分重要的。 图1-3 为抑制预混合燃烧和促进扩散燃烧所能采取的措施 此外，外界操作条件的变化或零部件的磨损等，都会引起对象特件的变化。因此要求柴油机的控制系统能自动获取有关信息，并按预定的“希望性能”，对循环喷油量、喷油正时、喷油速率、喷油压力、进气涡流、配气正时等进行全面的柔性控制，保证系统在对象结构参数、初始条件变化或目标函数极值点漂移时，自动维持在最优运行状态。这样，单就对现代柴油机燃油喷射系统的要求而言就是：在实现喷油量的精确控制的前提下，实现可独立于喷油量和发动机转速而加以选择的高压喷射，同时实现对喷油正时的柔性控制和对喷油速率的优化控制。 传统的机械式的控制方法显然是无法实现上述所要求的各种控制的，必须要有—个能实现复杂的、多参量的、高精度的而且能